JP3759841B2 - 薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造 - Google Patents
薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造Info
- Publication number
- JP3759841B2 JP3759841B2 JP24498898A JP24498898A JP3759841B2 JP 3759841 B2 JP3759841 B2 JP 3759841B2 JP 24498898 A JP24498898 A JP 24498898A JP 24498898 A JP24498898 A JP 24498898A JP 3759841 B2 JP3759841 B2 JP 3759841B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thermal expansion
- optical
- optical waveguide
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
- Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造に関する。特に、シリコン基板等の基板上に被着された基板よりも熱膨張係数の大きいポリイミド等のプラスチックで形成した薄膜の剥離防止構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光機能膜は光通信等に広く使用されている。この光機能膜の例として光導波路がある。光導波路は、シリコン基板等の基板上にコアとクラッドからなる薄膜により形成され、個別チップに分割されている。
【０００３】
剥離は、基板と基板上の薄膜の熱膨張差に起因する応力及び応力に起因する湾曲によって生じる。この応力又は湾曲を低減させる技術には、例えば、特開昭６４−５７２０７号公報（以下、従来技術１）、特開平５−２８１４２４号公報（以下、従来技術２）、特開平８−３０４６２３号公報（以下、従来技術３）等がある。
【０００４】
図１２は、従来技術１を示す図である。
従来技術１は、基板２と基板２の両面に被着された薄膜４，６，１２，１４からなる。基板２の両面に被着された薄膜４，６，１２，１４の片方が光導波路１０用の薄膜４，６であり、もう一方が湾曲補償用薄膜１２，１４である。例えば、シリコン基板（熱膨張係数４．２×１０-6）の表面に石英（熱膨張係数０．４×１０-6）の光導波路１０と湾曲補償層１２，１４が形成されている。
【０００５】
光導波路１０は、クラッド４，６とコア８により形成されている。この光導波路１０は、１０００°Ｃ以上の高温で製造される。高温で流動化した光導波路材料が基板２に被着されるので高温では界面応力は発生しない。図１３は、湾曲のメカニズムを示す図である。このため、図１３（ａ）に示すように、光導波路１０を形成した温度における状態では、光導波路１０及び基板２は、平坦である。
【０００６】
しかし、これを室温（常温）まで冷却すると、シリコン基板２の熱膨張係数の方が光導波路１０の熱膨張係数よりも大きいので、光導波路１０に比べ、基板２の方がより大きく収縮する。そのため、図１３（ｂ）に示すように、バイメタルと同じ原理により湾曲し、基板２と光導波路１０の界面に応力が残留する。
【０００７】
しかし、図１２に示すような構成とし、光導波路１０と湾曲補償層１２，１４の厚さと熱膨張係数を同じにすると基板２の両面の応力が等しくなり湾曲が防止される。石英による光導波路膜４，６は硬く、厚膜になると脆弱性があるので、湾曲するとクラックが生じるが、上記方法により湾曲を防止するとクラックも防止される。
【０００８】
図１４は、従来技術２を示す図である。
従来技術２は、基板２と、基板２０上に被着したバッファ層２０と、バッファ層２０上に被着した光導波路膜１０よりなる。光機能膜は、光導波路膜１０であり、光導波路膜１０は、クラッド６とコア８よりなる。基板２は、例えば、シリコン基板（熱膨張係数２．６×１０-6）、バッファ層２０は、金属（熱膨張係数１０〜２３×１０-6）、光導波路膜１０は、石英（熱膨張係数０．１６×１０-6）である。
【０００９】
バッファ層２０の熱膨張係数がシリコン基板２より大きく、光導波路１０の熱膨張係数がシリコン基板２より小さいので、両者の厚みを調節することにより、巨視的に見た２層の総合的な熱膨張係数をシリコン基板２に一致させることが可能になる。その結果、湾曲が防止され、クラックの発生が防止される。
【００１０】
図１５は、従来技術３を示す図である。
従来技術３は、透明な基板３０ａと、透明な基板３０ａ上に設けられた光機能膜３１と、透明な補助基板３０ｂよりなる。基板３０ａは、例えば、ポリイミド、光機能膜３１は、無機誘電体膜である。基板３０ａがポリイミドであるため、基板３０ａにクラックを生じることはないが、無機誘電体料の光機能膜３１は厚くなった場合に湾曲により破損する。また、破損しなくても湾曲すると取り扱いが不便である。しかし、従来技術３では、基板３０ａと補助基板３０ｂの厚さと熱膨張係数を等しくすることにより湾曲が防止される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
光機能膜の製造コスト低減や製造方法の容易さの観点等から光機能膜の材料としてプラスチック薄膜が使用される。このプラスチック薄膜は、従来技術１，２の光導波路材料である石英に較べ、可とう性（曲げやすく曲げても破損しない性質）があるため、湾曲によるクラックの発生は起こりにくい。
【００１２】
しかし、プラスチックの熱膨張係数は、２×１０-6〜６０×１０-6という広い範囲にわたっており、使用するプラスチックによっては、シリコンに対する熱膨張係数差は、シリコンと石英の熱膨張係数差に比べてはるかに大きい。例えば、シリコンと石英の熱膨張係数の差が２〜４×１０-6であるのに対し、光導波路に適した物性を有するプラスチック（例えば、炭素と結合する水素をフッ素に置換し、透明性を高くしたポリイミドの熱膨張係数は約５０×１０-6である）とシリコンの熱膨張係数差は約４５×１０-6に達し、約１桁大きい。
【００１３】
例えば、直径１００ｍｍの基板上に被着させ、３５０°Ｃでイミド化したポリイミドは、全体（１００ｍｍ）ではシリコンに対して約１．６ｍｍも収縮しようとする。図１６は、プラスチック薄膜を使用した光導波路の場合の応力による湾曲と切断による剥離を示す図である。図中、３２はクラッド、３４はコア、３５は光導波路である。
【００１４】
図１６（ａ）に示すように、応力ｆ1 ，ｆ2 により大きく湾曲する。プラスチックは、可とう性があるのでこのように湾曲してもクラックを生じることはない。しかし、個別チップに分割するために、ダイヤモンドソーで切断すると、図１６（ｂ）に示すように、剥離力により、端部３３に剥離が生じる。
【００１５】
図１７は、従来技術１のプラスチック光導波路の適用例を示す図である。図１７に示すように、基板２の裏面にもプラスチック膜３２と同じ組成で同じ厚さのプラスチック膜３６を形成すると湾曲を防止することができた。しかし、ダイヤモンドソーで切断すると表面についても切断部において基板２から膜３２が剥離し、従来技術１の構造による剥離防止の効果は認められなかった。
【００１６】
図１８は、従来技術１を石英光導波路に適用した場合の剥離メカニズムを示す図である。図１８（ａ）に示すように、シリコン基板２に石英の光導波路膜４，６からなる光導波路１０が形成された温度においては、同じ温度で光導波路１０が形成されるので、シリコン基板２と光導波路１０は同じ長さである。
【００１７】
これを常温まで冷却したと仮定した場合、図１８（ｂ）に示すように、シリコンの熱膨張係数は石英よりも大きいので、基板２に比べて、光導波路膜４，６が長くなる。この二つを密着させたまま常温まで温度低下すると、基板２に被着した光機能膜１０の方が基板２よりも長くなるので、引っ張り応力ｆ1 ，ｆ2 により基板２を左右の外側方向に引っ張る。
【００１８】
この引っ張り応力ｆ1 ，ｆ2 により基板２が変形し、中央が凸になるように湾曲する。湾曲することにより応力が低減され安定になる。ここで、光機能膜１０の端部に作用する剥離力を考えると、光機能膜１０の端部には光機能膜１０が石英からなるためその剛性により平坦になろうとする力によって上向きの力（力１）が生じる。
【００１９】
しかし、光機能膜２の上部の面は、基板２の抵抗が無ければ、更に伸びようとする。しかし、基板２の抗力のため伸びが制限されるが、例えば、基板２が縮み難いが容易に湾曲するものであれば、図１８（ｃ）の破線に示すように更に湾曲する。これにより、光機能膜１０には、下向きの力（力２）も加わることになる。
【００２０】
更に、光機能膜１０が平坦になろうとする上向きの力（力３）も加わる。剥離力はこの力１，２，３を合成したものである。即ち、光機能膜１０には、剥離しようとする力１，３とこれを打ち消す力２が加わることになり互いに相殺された剥離力は小さいものになる。
【００２１】
このため、基板２の熱膨張係数が石英の光機能膜１０よりも大きな場合、従来技術１の構造によっても、剥離力は小さいものとなって、光機能膜１０の剥離が生じなかったものと考えられる。
【００２２】
図１９は、従来技術１をプラスチック光導波路に適用した場合の剥離メカニズムを示す図である。ところが、図１９（ａ）に示すように、基板２にプラスチック膜３２，３４を被着すると、シリコン基板２よりも熱膨張係数の大きなプラスチック膜３２は、基板２の中央が凹になるよう湾曲する。
【００２３】
このとき、プラスチック膜３２の端部に作用する剥離力は、基板２が剛性により平坦になろうとする力Ｆ1 によって基板２に下向きの力１と光機能膜３２の上面が更に縮もうとする力Ｆ2 によって光機能膜３５に生じる上向きの力（力２）を合成したものである。この力１と力２は互いに剥離力を増強する方向に作用する。これがプラスチックを用いる光機能膜を形成する基板に従来技術１を適用した場合に剥離防止の効果が得られない理由と考えられる。
【００２４】
即ち、図１７に示したように、基板２の両面にプラスチック膜３２，３６を形成して強制的に基板２を平坦にすることは、図１９（ｂ）に示すように、基板２の中央を支点として基板２に上向きの力Ｆ3 をかけて、その両端を力Ｆ1 で下側に引っ張り強制的に基板２を平坦にするのと同じことである。
【００２５】
図１９（ｂ）においては基板２が剛性により平坦になることによって基板２に生じる下向きの力Ｆ1 は無くなるが、光機能膜３２の上側の面が更に縮もうとする力によって光機能膜１０に生じる上向きの力２は、図１９（ａ）に比べて大きくなる。そのため、トータルの剥離力は低減されない。
【００２６】
図２０は、従来技術２にプラスチック膜の光導波路を適用した図である。
従来技術２は、基板２と光導波路３２の間にバッファ層３８を挿入し、バッファ層３８と光導波路膜３２のトータルの熱膨張係数を基板２に近づけるというものである。ポリイミド光導波路（熱膨張係数５０×１０-6）は、シリコン基板２に比べて、熱膨張係数が大きいので、バッファ層３８に熱膨張係数がシリコンよりも小さいものを用いることによりバッファ層３８と光導波路膜３２のトータルの熱膨張係数が基板２の熱膨張係数に近づけることができる。
【００２７】
図２０に示すように、基板２と光導波路膜３２との間に熱膨張係数が小さい層、例えば、シリコン酸化膜（熱膨張係数０．４×１０-6）３８を介在させると湾曲を防止することができた。しかし、ダイヤモンドソーで切断するとやはり端部に剥離を生じ、従来技術２の構造による剥離防止の効果が認められなかった。
【００２８】
従来技術２を応用した基板において剥離防止効果が得られなかった理由についても従来術１と同様の理由が考えられる。即ち、図２０において、シリコン基板２とプラスチック膜３２の間に熱膨張係数が小さい層であるシリコン酸化膜３８を挿入することにより基板２の湾曲が防止される。
【００２９】
しかし、従来技術２においても、図１９に示したように、基板２が湾曲することにより図１９（ａ）に比較して力２に起因する剥離力が低減されていないにもかかわらず、図１９（ｂ）のように、基板２を下側に引っ張って、基板２を強制的に平らにしたため、力２に起因する剥離力が増強され、結局トータルの剥離力が変化しないためである。
【００３０】
図２１は、従来技術３にプラスチック膜の光導波路を適用した図である。
この図に示すように、光導波路膜３５を上下からシリコン基板３９ａ，３９ｂで挟んだ構成にすると、湾曲も切断時の剥離も防止された。しかし、上側の基板３９ｂの張り合わせが困難（例えば、ボイドが入る、二つの基板の調芯が困難）、全体が厚くなる（光導波路３２の厚さが３０〜５０μｍであるのに対し、基板３９ａ，３９ｂの厚さは１ｍｍ）ため、切断が困難になる。基板コストがかかる等の問題がある。
【００３１】
図２２は、光半導体チップ搭載部を有する薄膜積層型光学部品を示す図であり、特に、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。
図２２に示すように、基板２の表面に、クラッド４０，４４、コア４２からなる光導波路４６を形成し、基板２の表面の一部を露出させて、その部分に電極５２を形成した光半導体チップ搭載部４８を設け、コア４２に光結合するよう、光半導体チップ搭載部４８に光半導体チップ５０を固着させてモジュール化が行われる。しかし、従来技術３の構造を用いると、基板２の表面の一部を露出させるのが困難になる問題も生じる。
【００３２】
本発明の目的は、このような点に鑑みてなされたものであり、剥離防止効果があり、且つ、低コストで製造が容易な薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造を提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板と、前記基板上に載置された要素部品と、前記要素部品の表面に被着された第１被覆膜と、前記第１被覆膜の表面と少なくとも該第１被覆膜の周囲に位置する前記基板の表面に被着され、前記基板よりも熱膨張係数が大きく且つ前記基板よりも可とう性がある第２被覆膜と、前記第２被覆膜が前記基板に接する面とは反対の前記第２被覆膜の面に被着され、前記第２被覆膜よりも熱膨張係数が小さく且つ前記基板よりも可とう性がある低熱膨張膜とを具備したことを特徴とする要素部品の被覆構造が提供される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態を示す薄膜積層型光学部品を示す図である。
【００３６】
この図に示すように、薄膜積層型光学部品は、基板２と、基板２上に被着され、クラッド３２とコア３４からなり、基板２よりも熱膨張係数が大きくなる光機能膜３５と、光機能膜３５の基板２に接する面とは反対の面に被着され、光機能膜３５よりも熱膨張係数が小さい低熱膨張膜６０とにより構成される。
【００３７】
基板２は、シリコン基板である。光機能膜３５は、ポリイミド膜で形成された光機能膜で具体的には光導波路である。このポリイミドには、例えば、ポリイミドを構成する分子の炭素と水素の結合のうち、一部の水素をフッ素に置き換えたもの（例えば、電子情報通信学会研究会技術報告ＯＰＥ９５−９３（１９９５年開催）等に記載されている。）を用いている（以下、フッ素化ポリイミド）。
【００３８】
低熱膨張膜６０に使用する材料は、以下の条件を満足する必要がある。
▲１▼ 光機能膜３５よりも熱膨張係数が小さいこと。
▲２▼ 光機能膜３５の光学特性を変化させないこと。
【００３９】
▲３▼ 光機能膜３５の表面に被着されると共に、シリコン基板２より可とう性があること。
フッ素化ポリイミドは、これらの条件を満足するため、本実施形態では、低熱膨張膜６０の材料として、フッ素化ポリイミドを用いている。フッ素化ポリイミドは、フッ素の含有量によって熱的物性、光学的物性及び化学的物性が変化する。
【００４０】
図２は、フッ素化ポリイミドのフッ素含有量と熱膨張係数（室温から１５０°Ｃ付近の範囲の平均値）の関係を示す図であり、横軸にフッ素化ポリイミドのフッ素の含有量（ｗｔ％）、縦軸に熱膨張係数（ｐｐｍ）を示している。左にいく程フッ素含有量が多くなっている。フッ素含有量の少ない（図中Ｈ：例えば、フッ素含有量が２２．７ｗｔ％）ものは熱膨張係数が小さく（２×１０-6程度）、フッ素含有量が多くなると（図中Ａ：例えば、フッ素含有量が３１．３ｗｔ％）、熱膨張係数が大きくなる（５３×１０-6程度）。
【００４１】
図３は、波長５８９ｎｍの光に対する、フッ素化ポリイミドのフッ素含有量と屈折率の関係を示す図であり、横軸にフッ素化ポリイミドのフッ素の含有量（ｗｔ％）、縦軸に屈折率を示している。
【００４２】
図中、ｎTEは面方向（ＴＥ偏光）に対するもの、ｎTMは厚さ方向（ＴＭ偏光）に対するものである。ＴＥ偏光に対しては、フッ素量の低減に従い屈折率が上昇するが、ＴＭ偏光に対しては、単調でなく途中で逆転する。
【００４３】
ところで、フッ素化ポリイミドを光導波路３５に使用するとき、コア３４への入射光がＴＭ偏光及びＴＥ偏光のいずれの場合でも、クラッド３２とコア３４との界面において全反射させるべく、コア３４の屈折率をクラッド３２よりも大きくする必要がある。
【００４４】
そのため、光導波路に使用できるのは、屈折率が反転しない比較的フッ素量が多いもの、例えば、Ｃ又はＤより左側のものに限られる。上記複屈折性の他にフッ素量が増えると発水性が向上し、吸湿性が低下する、吸収損失が低下する等の利点がある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、光導波路３５のクラッド３２にＡ（例えば、フッ素の含有量が３１．３ｗｔ％）の材料を使用し、コア３４にＤ（例えば、フッ素の含有量が２９．２ｗｔ％）の材料を使用している。光導波路３５よりも熱膨張係数の小さい低熱膨張層６０には、Ｈ（例えば、フッ素の含有量が２２．７ｗｔ％）の材料を使用している。
【００４６】
各層の厚さは、基板２の厚さが１ｍｍ、光導波路３５のコア３４より下側のクラッド層３２の厚さが１２μｍ、コア３４の厚さが７μｍ、コア３４より上側のクラッド３２の厚さが１５μｍ、低熱膨張層６０の厚さが１０μｍである。
【００４７】
いずれもスピンコータでワニスを塗布し、３５０°Ｃでイミド化させて形成した。光導波路３５の厚さが４０μｍ未満の場合は、低熱膨張層６０の厚さを８μｍよりも厚くすれば剥離防止効果が得られる。光導波路３５をこれより厚くすると、これにほぼ比例して、低熱膨張層６０の厚さも厚くすればよい。
【００４８】
図４及び図５は、図１の薄膜積層型光学部品の効果説明図である。
以下、これらの図面を参照して、図１の薄膜積層型光学部品の効果を説明する。
【００４９】
図１の構成の上側の２層、光導波路３５，低熱膨張層６０だけに着目しこの２層だけ取り出す。これを高温（例えば３５０°Ｃ）から常温まで冷却した場合、図４に示すように、上側の低熱膨張膜６０の熱膨張係数が下側の光機能膜３５よりも小さいので、低熱膨張膜６０の方が光機能膜３５よりも長くなり、引っ張り応力ｆ3 ，ｆ4 により光機能膜３５を左右の外側方向に引っ張る。
【００５０】
この引っ張り応力ｆ3 ，ｆ4 により光機能膜３５が変形し、中央が凸になるように湾曲する。低熱膨張膜６０は、光機能膜３５の抵抗力が無ければ、更に伸びようとする。光機能膜３５の抗力のため低熱膨張膜６０の伸びが制限されるが、例えば、低熱膨張膜６０は、フッ素化ポリイミドからなり、可とう性のあるものなので、更に湾曲しようとする。これにより、光機能膜３５には、下向きの力Ｆ3 ，Ｆ4 が加わることになる。
【００５１】
図５に示すように、２層３５，６０が基板２に被着されている場合には、下向きの力Ｆ3 ，Ｆ4 により、光機能膜３５の端部が基板２に押しつけられるようになる。その結果、剥離力が低減され、剥離が防止される。
【００５２】
しかも、基板２の熱膨張係数が光機能膜３５よりも小さいので、基板２の中央が凹となるように湾曲しようとする力と、低熱膨張膜６０により光機能膜３５の中央が凸となるように湾曲しようとする力とが相殺して、図６に示すように、基板２の湾曲を防止することもできる。
【００５３】
以上説明した第１実施形態によると、薄膜積層型光学部品の剥離を防止すると共に、湾曲を防止することができる。
第２実施形態
図６は、本発明の第２実施形態を示す薄膜積層型光学部品を示す図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。
【００５４】
本実施形態の薄膜積層型光学部品が図１の薄膜積層型光学部品と異なる点は、基板２と光導波路３５との間にフッ素含有量が光導波路３５よりも少ないフッ素化ポリイミドからなる接着補助層６２を介在させたことである。
【００５５】
上述したように、フッ素量が増えると発水性が向上するが他の材料（基板２）との親和性が低下するため基板２との密着性が低下する。一方、シリコン基板２とフッ素化ポリイミドとの密着性と、フッ素化ポリイミド同士の密着性を比較すると、フッ素化ポリイミド同士のほうが、シリコン基板２とフッ素化ポリイミドとの密着性に比べて良好である。これはフッ素含有量が異なるフッ素化ポリイミド同士についても同様である（フッ素化ポリイミド同士の密着性の方がシリコン基板とフッ素化ポリイミドとの密着性に比べて良好である）。
【００５６】
このため、図６に示すように、基板２と光導波路３５の界面にフッ素の含有量の少ないフッ素化ポリイミドからなる接着補助層６２を介在させると、基板２と接着補助層６２間の密着性が向上し、且つ接着補助層６２と光導波路３５との密着性が良好になる。よって、更に大きな剥離防止効果が得られる。
【００５７】
この接着補助層６２としては、フッ素含有量が、例えば、図２中のＧ（例えば、フッ素含有量が２３．９ｗｔ％）のものを使用する。接着補助層６２の厚さは、１０μｍ程度とする。尚、接着補助層６２の厚さは、基板２との密着性が向上する程度であれば十分である。
【００５８】
以上説明した第２実施形態によると、第１実施形態よりも更に、薄膜積層型光学部品の剥離を防止する効果がある。尚、接着補助層６２のみを用い、上側の低熱膨張層６０を有しない構造の場合は、剥離面積を低減させる効果は認められたが、剥離を無くすには不十分であった。
【００５９】
第３実施形態
図７は、本発明の第３実施形態を示す薄膜積層型光学部品を示す図である。この図に示す薄膜積層型光学部品は、光半導体チップ搭載領域７１を有する基板の例である。基板２の一部にフッ素化ポリイミドからなるクラッド７０，コア７２を有する光導波路７４が被着されている。
【００６０】
光導波路７４の基板２に接する面とは反対の面に、低熱膨張層７６が被着されている。光導波路７４を除く基板２上に、光半導体チップ搭載領域７１が形成されている。光半導体チップ搭載領域７１には、光半導体チップ８２を固着するための電極７８、光半導体チップ８２の活性層とコア７２の高さを一致させて光結合させるための台座８０を有する。
【００６１】
光導波路７４及び低熱膨張層７６は、図１中のものと実質的に同一である。光半導体チップ８２は、半導体レーザ等の発光素子、電極７８は、チタンと金を積層した電極パターン、台座８０は、例えば、光導波路７４と同じフッ素化ポリイミドである。
【００６２】
図８及び図９は、図７の薄膜積層型光学部品の製造方法を示す図である。
以下、これらの図面を参照して、図７の薄膜積層型光学部品の製造方法を説明する。
【００６３】
図８（ａ）に示すように、熱酸化膜８４付シリコン基板２の表面にリフトオフ法によりチタンと金を積層した電極パターン７８を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように光導波路７４のクラッド７０の下側クラッド８６を堆積させ、その一部の表面に突起形成用マスク７９を形成する。
【００６４】
下側クラッド８６には、例えば、フッ素化ポリイミドを、その堆積には、スピンコーティング法を、マスク７９には、例えば、チタン薄膜を、その形成には、例えば、リフトオフ法を用いる。
【００６５】
図８（ｃ）に示すように、光半導体チップの活性層との高さを調節するための高さ調節層８８、コア９０、上側クラッド９２、低熱膨張層９４を堆積する。高さ調節層８８、コア９０、上側クラッド９２、低熱膨張層９４には、フッ素化ポリイミドを、その堆積には、スピンコーティング法を用いる。
【００６６】
下側クラッド８６、高さ調節層８８及び上側クラッド９２のフッ素化ポリイミドのフッ素含有量は等しくする。また、そのフッ素の含有量は、第１実施形態と同じにする。尚、コア９０を矩形に加工するには、ＲＩＥを用いる。
【００６７】
図９（ａ）に示すように、端面形成用マスク９６を形成する。端面形成用マスク９６には、例えば、チタン薄膜を、その形成には、リフトオフ法を用いる。次に、図９（ｂ）に示すように、酸素プラズマによるＲＩＥを行い、光導波路端面形成、台座８０の形成、電極パターン７８の露出を行う。
【００６８】
この時、フッ素化ポリイミドを除去するだけなので、製造工程が複雑になることや、従来技術３のように、加工がし難い等といったことがない。この次に、端面形成用マスク９６及び突起形成用マスク７９をエッチング除去する。
【００６９】
以上の工程を経て、図８に示した光半導体チップ搭載領域７１を有する基板の場合の薄膜積層型光学部品が作製される。光半導体チップ８２を台座８０に載置して、電極７８に半田バンプ等により固着する。
【００７０】
尚、光機能膜がフッ素化ポリイミドが製作された光導波路の場合について述べたが、光機能膜は光導波路に限られるものでなく、他の目的に用いられる皮膜であってもよい。また、光部品や電子部品を封止するための被覆であってもよい。一例として、以下の実施形態が考えられる。
【００７１】
第４実施形態
図１０は、本発明の第４実施形態を示す薄膜積層型光学部品を用いる要素部品の被覆構造を示す図である。
【００７２】
図１０に示すように、基板９８上に光部品や電子部品等の要素部品１００を載置する。次に、基板９８よりも熱膨張係数が大きい材料１０２を、要素部品１００の表面及び要素部品１００の周囲の基板９８に被着させる。その次に、材料１０２に、材料１０２よりも熱膨張係数が小さい低熱膨張層１０４を被着する。これにより、第１実施形態と同様の作用により、要素部品１００の基板９８からの剥離を防止することができる。
【００７３】
第５実施形態
図１１は、本発明の第５実施形態を示す薄膜積層型光学部品を用いる要素部品の被覆構造を示す図であり、図１０中の要素と実質的に同一の要素には同一の符号を附している。
【００７４】
図１１に示すように、他の部材１０６が既に被着された光部品や電子部品等の要素部品１００を基板９８上に載置する。次に、基板９８よりも熱膨張係数が大きい材料１０２を、他の部材１０６の表面及び他の部材１０６要素部品１００の周囲の基板９８に被着させる。
【００７５】
その次に、材料１０２に、材料１０２よりも熱膨張係数が小さい低熱膨張層１０４を被着する。これにより、他の部材１０６が既に被着された要素部品の場合でも、要素部品１００の基板９８からの剥離を防止することができる。
【００７６】
低熱膨張層の材料は、フッ素化ポリイミドに限られるものではなく他の材料であっても良い。例えば、通常のポリイミド、エポキシ系プラスチック、アクリル系プラスチック、ポリカーボネイト系プラスチック、ポリオレフィン系プラスチック等である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板よりも熱膨張係数の大きな光機能膜が基板上に被着された薄膜積層型光学部品の湾曲を防止することができると共に、剥離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による薄膜積層型光学部品の構成図である。
【図２】フッ素化ポリイミドのフッ素含有量と熱膨張係数の関係を示す図である。
【図３】フッ素化ポリイミドのフッ素含有量と屈折率の関係を示す図である。
【図４】図１の薄膜積層型光学部品の効果説明図である。
【図５】図１の薄膜積層型光学部品の効果説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態による薄膜積層型光学部品の構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態による薄膜積層型光学部品の構成図である。
【図８】図７の薄膜積層型光学部品の製造工程図である。
【図９】図７の薄膜積層型光学部品の製造工程図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による要素部品の被覆構造を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による要素部品の被覆構造を示す図である。
【図１２】従来技術１を示す図である。
【図１３】湾曲メカニズムを示す図である。
【図１４】従来技術２を示す図である。
【図１５】従来技術３を示す図である。
【図１６】プラスチック薄膜を使用した光導波路の場合の応力による湾曲と剥離を示す図である。
【図１７】従来技術１のプラスチック光導波路への適用例を示す図である。
【図１８】従来技術１を石英光導波路に適用した場合の剥離メカニズムを示す図である。
【図１９】従来技術１をプラスチック光導波路に適用した場合の剥離メカニズムを示す図である。
【図２０】従来技術２のプラスチック光導波路への適用例を示す図である。
【図２１】従来技術３のプラスチック光導波路ヘの適用例を示す図である。
【図２２】光半導体チップ搭載部を有する薄膜積層型光学部品の構成図である。
【符号の説明】
２ 基板
３５ 光機能膜
６０ 低熱膨張膜
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造に関する。特に、シリコン基板等の基板上に被着された基板よりも熱膨張係数の大きいポリイミド等のプラスチックで形成した薄膜の剥離防止構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光機能膜は光通信等に広く使用されている。この光機能膜の例として光導波路がある。光導波路は、シリコン基板等の基板上にコアとクラッドからなる薄膜により形成され、個別チップに分割されている。
【０００３】
剥離は、基板と基板上の薄膜の熱膨張差に起因する応力及び応力に起因する湾曲によって生じる。この応力又は湾曲を低減させる技術には、例えば、特開昭６４−５７２０７号公報（以下、従来技術１）、特開平５−２８１４２４号公報（以下、従来技術２）、特開平８−３０４６２３号公報（以下、従来技術３）等がある。
【０００４】
図１２は、従来技術１を示す図である。
従来技術１は、基板２と基板２の両面に被着された薄膜４，６，１２，１４からなる。基板２の両面に被着された薄膜４，６，１２，１４の片方が光導波路１０用の薄膜４，６であり、もう一方が湾曲補償用薄膜１２，１４である。例えば、シリコン基板（熱膨張係数４．２×１０-6）の表面に石英（熱膨張係数０．４×１０-6）の光導波路１０と湾曲補償層１２，１４が形成されている。
【０００５】
光導波路１０は、クラッド４，６とコア８により形成されている。この光導波路１０は、１０００°Ｃ以上の高温で製造される。高温で流動化した光導波路材料が基板２に被着されるので高温では界面応力は発生しない。図１３は、湾曲のメカニズムを示す図である。このため、図１３（ａ）に示すように、光導波路１０を形成した温度における状態では、光導波路１０及び基板２は、平坦である。
【０００６】
しかし、これを室温（常温）まで冷却すると、シリコン基板２の熱膨張係数の方が光導波路１０の熱膨張係数よりも大きいので、光導波路１０に比べ、基板２の方がより大きく収縮する。そのため、図１３（ｂ）に示すように、バイメタルと同じ原理により湾曲し、基板２と光導波路１０の界面に応力が残留する。
【０００７】
しかし、図１２に示すような構成とし、光導波路１０と湾曲補償層１２，１４の厚さと熱膨張係数を同じにすると基板２の両面の応力が等しくなり湾曲が防止される。石英による光導波路膜４，６は硬く、厚膜になると脆弱性があるので、湾曲するとクラックが生じるが、上記方法により湾曲を防止するとクラックも防止される。
【０００８】
図１４は、従来技術２を示す図である。
従来技術２は、基板２と、基板２０上に被着したバッファ層２０と、バッファ層２０上に被着した光導波路膜１０よりなる。光機能膜は、光導波路膜１０であり、光導波路膜１０は、クラッド６とコア８よりなる。基板２は、例えば、シリコン基板（熱膨張係数２．６×１０-6）、バッファ層２０は、金属（熱膨張係数１０〜２３×１０-6）、光導波路膜１０は、石英（熱膨張係数０．１６×１０-6）である。
【０００９】
バッファ層２０の熱膨張係数がシリコン基板２より大きく、光導波路１０の熱膨張係数がシリコン基板２より小さいので、両者の厚みを調節することにより、巨視的に見た２層の総合的な熱膨張係数をシリコン基板２に一致させることが可能になる。その結果、湾曲が防止され、クラックの発生が防止される。
【００１０】
図１５は、従来技術３を示す図である。
従来技術３は、透明な基板３０ａと、透明な基板３０ａ上に設けられた光機能膜３１と、透明な補助基板３０ｂよりなる。基板３０ａは、例えば、ポリイミド、光機能膜３１は、無機誘電体膜である。基板３０ａがポリイミドであるため、基板３０ａにクラックを生じることはないが、無機誘電体料の光機能膜３１は厚くなった場合に湾曲により破損する。また、破損しなくても湾曲すると取り扱いが不便である。しかし、従来技術３では、基板３０ａと補助基板３０ｂの厚さと熱膨張係数を等しくすることにより湾曲が防止される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
光機能膜の製造コスト低減や製造方法の容易さの観点等から光機能膜の材料としてプラスチック薄膜が使用される。このプラスチック薄膜は、従来技術１，２の光導波路材料である石英に較べ、可とう性（曲げやすく曲げても破損しない性質）があるため、湾曲によるクラックの発生は起こりにくい。
【００１２】
しかし、プラスチックの熱膨張係数は、２×１０-6〜６０×１０-6という広い範囲にわたっており、使用するプラスチックによっては、シリコンに対する熱膨張係数差は、シリコンと石英の熱膨張係数差に比べてはるかに大きい。例えば、シリコンと石英の熱膨張係数の差が２〜４×１０-6であるのに対し、光導波路に適した物性を有するプラスチック（例えば、炭素と結合する水素をフッ素に置換し、透明性を高くしたポリイミドの熱膨張係数は約５０×１０-6である）とシリコンの熱膨張係数差は約４５×１０-6に達し、約１桁大きい。
【００１３】
例えば、直径１００ｍｍの基板上に被着させ、３５０°Ｃでイミド化したポリイミドは、全体（１００ｍｍ）ではシリコンに対して約１．６ｍｍも収縮しようとする。図１６は、プラスチック薄膜を使用した光導波路の場合の応力による湾曲と切断による剥離を示す図である。図中、３２はクラッド、３４はコア、３５は光導波路である。
【００１４】
図１６（ａ）に示すように、応力ｆ1 ，ｆ2 により大きく湾曲する。プラスチックは、可とう性があるのでこのように湾曲してもクラックを生じることはない。しかし、個別チップに分割するために、ダイヤモンドソーで切断すると、図１６（ｂ）に示すように、剥離力により、端部３３に剥離が生じる。
【００１５】
図１７は、従来技術１のプラスチック光導波路の適用例を示す図である。図１７に示すように、基板２の裏面にもプラスチック膜３２と同じ組成で同じ厚さのプラスチック膜３６を形成すると湾曲を防止することができた。しかし、ダイヤモンドソーで切断すると表面についても切断部において基板２から膜３２が剥離し、従来技術１の構造による剥離防止の効果は認められなかった。
【００１６】
図１８は、従来技術１を石英光導波路に適用した場合の剥離メカニズムを示す図である。図１８（ａ）に示すように、シリコン基板２に石英の光導波路膜４，６からなる光導波路１０が形成された温度においては、同じ温度で光導波路１０が形成されるので、シリコン基板２と光導波路１０は同じ長さである。
【００１７】
これを常温まで冷却したと仮定した場合、図１８（ｂ）に示すように、シリコンの熱膨張係数は石英よりも大きいので、基板２に比べて、光導波路膜４，６が長くなる。この二つを密着させたまま常温まで温度低下すると、基板２に被着した光機能膜１０の方が基板２よりも長くなるので、引っ張り応力ｆ1 ，ｆ2 により基板２を左右の外側方向に引っ張る。
【００１８】
この引っ張り応力ｆ1 ，ｆ2 により基板２が変形し、中央が凸になるように湾曲する。湾曲することにより応力が低減され安定になる。ここで、光機能膜１０の端部に作用する剥離力を考えると、光機能膜１０の端部には光機能膜１０が石英からなるためその剛性により平坦になろうとする力によって上向きの力（力１）が生じる。
【００１９】
しかし、光機能膜２の上部の面は、基板２の抵抗が無ければ、更に伸びようとする。しかし、基板２の抗力のため伸びが制限されるが、例えば、基板２が縮み難いが容易に湾曲するものであれば、図１８（ｃ）の破線に示すように更に湾曲する。これにより、光機能膜１０には、下向きの力（力２）も加わることになる。
【００２０】
更に、光機能膜１０が平坦になろうとする上向きの力（力３）も加わる。剥離力はこの力１，２，３を合成したものである。即ち、光機能膜１０には、剥離しようとする力１，３とこれを打ち消す力２が加わることになり互いに相殺された剥離力は小さいものになる。
【００２１】
このため、基板２の熱膨張係数が石英の光機能膜１０よりも大きな場合、従来技術１の構造によっても、剥離力は小さいものとなって、光機能膜１０の剥離が生じなかったものと考えられる。
【００２２】
図１９は、従来技術１をプラスチック光導波路に適用した場合の剥離メカニズムを示す図である。ところが、図１９（ａ）に示すように、基板２にプラスチック膜３２，３４を被着すると、シリコン基板２よりも熱膨張係数の大きなプラスチック膜３２は、基板２の中央が凹になるよう湾曲する。
【００２３】
このとき、プラスチック膜３２の端部に作用する剥離力は、基板２が剛性により平坦になろうとする力Ｆ1 によって基板２に下向きの力１と光機能膜３２の上面が更に縮もうとする力Ｆ2 によって光機能膜３５に生じる上向きの力（力２）を合成したものである。この力１と力２は互いに剥離力を増強する方向に作用する。これがプラスチックを用いる光機能膜を形成する基板に従来技術１を適用した場合に剥離防止の効果が得られない理由と考えられる。
【００２４】
即ち、図１７に示したように、基板２の両面にプラスチック膜３２，３６を形成して強制的に基板２を平坦にすることは、図１９（ｂ）に示すように、基板２の中央を支点として基板２に上向きの力Ｆ3 をかけて、その両端を力Ｆ1 で下側に引っ張り強制的に基板２を平坦にするのと同じことである。
【００２５】
図１９（ｂ）においては基板２が剛性により平坦になることによって基板２に生じる下向きの力Ｆ1 は無くなるが、光機能膜３２の上側の面が更に縮もうとする力によって光機能膜１０に生じる上向きの力２は、図１９（ａ）に比べて大きくなる。そのため、トータルの剥離力は低減されない。
【００２６】
図２０は、従来技術２にプラスチック膜の光導波路を適用した図である。
従来技術２は、基板２と光導波路３２の間にバッファ層３８を挿入し、バッファ層３８と光導波路膜３２のトータルの熱膨張係数を基板２に近づけるというものである。ポリイミド光導波路（熱膨張係数５０×１０-6）は、シリコン基板２に比べて、熱膨張係数が大きいので、バッファ層３８に熱膨張係数がシリコンよりも小さいものを用いることによりバッファ層３８と光導波路膜３２のトータルの熱膨張係数が基板２の熱膨張係数に近づけることができる。
【００２７】
図２０に示すように、基板２と光導波路膜３２との間に熱膨張係数が小さい層、例えば、シリコン酸化膜（熱膨張係数０．４×１０-6）３８を介在させると湾曲を防止することができた。しかし、ダイヤモンドソーで切断するとやはり端部に剥離を生じ、従来技術２の構造による剥離防止の効果が認められなかった。
【００２８】
従来技術２を応用した基板において剥離防止効果が得られなかった理由についても従来術１と同様の理由が考えられる。即ち、図２０において、シリコン基板２とプラスチック膜３２の間に熱膨張係数が小さい層であるシリコン酸化膜３８を挿入することにより基板２の湾曲が防止される。
【００２９】
しかし、従来技術２においても、図１９に示したように、基板２が湾曲することにより図１９（ａ）に比較して力２に起因する剥離力が低減されていないにもかかわらず、図１９（ｂ）のように、基板２を下側に引っ張って、基板２を強制的に平らにしたため、力２に起因する剥離力が増強され、結局トータルの剥離力が変化しないためである。
【００３０】
図２１は、従来技術３にプラスチック膜の光導波路を適用した図である。
この図に示すように、光導波路膜３５を上下からシリコン基板３９ａ，３９ｂで挟んだ構成にすると、湾曲も切断時の剥離も防止された。しかし、上側の基板３９ｂの張り合わせが困難（例えば、ボイドが入る、二つの基板の調芯が困難）、全体が厚くなる（光導波路３２の厚さが３０〜５０μｍであるのに対し、基板３９ａ，３９ｂの厚さは１ｍｍ）ため、切断が困難になる。基板コストがかかる等の問題がある。
【００３１】
図２２は、光半導体チップ搭載部を有する薄膜積層型光学部品を示す図であり、特に、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。
図２２に示すように、基板２の表面に、クラッド４０，４４、コア４２からなる光導波路４６を形成し、基板２の表面の一部を露出させて、その部分に電極５２を形成した光半導体チップ搭載部４８を設け、コア４２に光結合するよう、光半導体チップ搭載部４８に光半導体チップ５０を固着させてモジュール化が行われる。しかし、従来技術３の構造を用いると、基板２の表面の一部を露出させるのが困難になる問題も生じる。
【００３２】
本発明の目的は、このような点に鑑みてなされたものであり、剥離防止効果があり、且つ、低コストで製造が容易な薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造を提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板と、前記基板上に載置された要素部品と、前記要素部品の表面に被着された第１被覆膜と、前記第１被覆膜の表面と少なくとも該第１被覆膜の周囲に位置する前記基板の表面に被着され、前記基板よりも熱膨張係数が大きく且つ前記基板よりも可とう性がある第２被覆膜と、前記第２被覆膜が前記基板に接する面とは反対の前記第２被覆膜の面に被着され、前記第２被覆膜よりも熱膨張係数が小さく且つ前記基板よりも可とう性がある低熱膨張膜とを具備したことを特徴とする要素部品の被覆構造が提供される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態を示す薄膜積層型光学部品を示す図である。
【００３６】
この図に示すように、薄膜積層型光学部品は、基板２と、基板２上に被着され、クラッド３２とコア３４からなり、基板２よりも熱膨張係数が大きくなる光機能膜３５と、光機能膜３５の基板２に接する面とは反対の面に被着され、光機能膜３５よりも熱膨張係数が小さい低熱膨張膜６０とにより構成される。
【００３７】
基板２は、シリコン基板である。光機能膜３５は、ポリイミド膜で形成された光機能膜で具体的には光導波路である。このポリイミドには、例えば、ポリイミドを構成する分子の炭素と水素の結合のうち、一部の水素をフッ素に置き換えたもの（例えば、電子情報通信学会研究会技術報告ＯＰＥ９５−９３（１９９５年開催）等に記載されている。）を用いている（以下、フッ素化ポリイミド）。
【００３８】
低熱膨張膜６０に使用する材料は、以下の条件を満足する必要がある。
▲１▼ 光機能膜３５よりも熱膨張係数が小さいこと。
▲２▼ 光機能膜３５の光学特性を変化させないこと。
【００３９】
▲３▼ 光機能膜３５の表面に被着されると共に、シリコン基板２より可とう性があること。
フッ素化ポリイミドは、これらの条件を満足するため、本実施形態では、低熱膨張膜６０の材料として、フッ素化ポリイミドを用いている。フッ素化ポリイミドは、フッ素の含有量によって熱的物性、光学的物性及び化学的物性が変化する。
【００４０】
図２は、フッ素化ポリイミドのフッ素含有量と熱膨張係数（室温から１５０°Ｃ付近の範囲の平均値）の関係を示す図であり、横軸にフッ素化ポリイミドのフッ素の含有量（ｗｔ％）、縦軸に熱膨張係数（ｐｐｍ）を示している。左にいく程フッ素含有量が多くなっている。フッ素含有量の少ない（図中Ｈ：例えば、フッ素含有量が２２．７ｗｔ％）ものは熱膨張係数が小さく（２×１０-6程度）、フッ素含有量が多くなると（図中Ａ：例えば、フッ素含有量が３１．３ｗｔ％）、熱膨張係数が大きくなる（５３×１０-6程度）。
【００４１】
図３は、波長５８９ｎｍの光に対する、フッ素化ポリイミドのフッ素含有量と屈折率の関係を示す図であり、横軸にフッ素化ポリイミドのフッ素の含有量（ｗｔ％）、縦軸に屈折率を示している。
【００４２】
図中、ｎTEは面方向（ＴＥ偏光）に対するもの、ｎTMは厚さ方向（ＴＭ偏光）に対するものである。ＴＥ偏光に対しては、フッ素量の低減に従い屈折率が上昇するが、ＴＭ偏光に対しては、単調でなく途中で逆転する。
【００４３】
ところで、フッ素化ポリイミドを光導波路３５に使用するとき、コア３４への入射光がＴＭ偏光及びＴＥ偏光のいずれの場合でも、クラッド３２とコア３４との界面において全反射させるべく、コア３４の屈折率をクラッド３２よりも大きくする必要がある。
【００４４】
そのため、光導波路に使用できるのは、屈折率が反転しない比較的フッ素量が多いもの、例えば、Ｃ又はＤより左側のものに限られる。上記複屈折性の他にフッ素量が増えると発水性が向上し、吸湿性が低下する、吸収損失が低下する等の利点がある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、光導波路３５のクラッド３２にＡ（例えば、フッ素の含有量が３１．３ｗｔ％）の材料を使用し、コア３４にＤ（例えば、フッ素の含有量が２９．２ｗｔ％）の材料を使用している。光導波路３５よりも熱膨張係数の小さい低熱膨張層６０には、Ｈ（例えば、フッ素の含有量が２２．７ｗｔ％）の材料を使用している。
【００４６】
各層の厚さは、基板２の厚さが１ｍｍ、光導波路３５のコア３４より下側のクラッド層３２の厚さが１２μｍ、コア３４の厚さが７μｍ、コア３４より上側のクラッド３２の厚さが１５μｍ、低熱膨張層６０の厚さが１０μｍである。
【００４７】
いずれもスピンコータでワニスを塗布し、３５０°Ｃでイミド化させて形成した。光導波路３５の厚さが４０μｍ未満の場合は、低熱膨張層６０の厚さを８μｍよりも厚くすれば剥離防止効果が得られる。光導波路３５をこれより厚くすると、これにほぼ比例して、低熱膨張層６０の厚さも厚くすればよい。
【００４８】
図４及び図５は、図１の薄膜積層型光学部品の効果説明図である。
以下、これらの図面を参照して、図１の薄膜積層型光学部品の効果を説明する。
【００４９】
図１の構成の上側の２層、光導波路３５，低熱膨張層６０だけに着目しこの２層だけ取り出す。これを高温（例えば３５０°Ｃ）から常温まで冷却した場合、図４に示すように、上側の低熱膨張膜６０の熱膨張係数が下側の光機能膜３５よりも小さいので、低熱膨張膜６０の方が光機能膜３５よりも長くなり、引っ張り応力ｆ3 ，ｆ4 により光機能膜３５を左右の外側方向に引っ張る。
【００５０】
この引っ張り応力ｆ3 ，ｆ4 により光機能膜３５が変形し、中央が凸になるように湾曲する。低熱膨張膜６０は、光機能膜３５の抵抗力が無ければ、更に伸びようとする。光機能膜３５の抗力のため低熱膨張膜６０の伸びが制限されるが、例えば、低熱膨張膜６０は、フッ素化ポリイミドからなり、可とう性のあるものなので、更に湾曲しようとする。これにより、光機能膜３５には、下向きの力Ｆ3 ，Ｆ4 が加わることになる。
【００５１】
図５に示すように、２層３５，６０が基板２に被着されている場合には、下向きの力Ｆ3 ，Ｆ4 により、光機能膜３５の端部が基板２に押しつけられるようになる。その結果、剥離力が低減され、剥離が防止される。
【００５２】
しかも、基板２の熱膨張係数が光機能膜３５よりも小さいので、基板２の中央が凹となるように湾曲しようとする力と、低熱膨張膜６０により光機能膜３５の中央が凸となるように湾曲しようとする力とが相殺して、図６に示すように、基板２の湾曲を防止することもできる。
【００５３】
以上説明した第１実施形態によると、薄膜積層型光学部品の剥離を防止すると共に、湾曲を防止することができる。
第２実施形態
図６は、本発明の第２実施形態を示す薄膜積層型光学部品を示す図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。
【００５４】
本実施形態の薄膜積層型光学部品が図１の薄膜積層型光学部品と異なる点は、基板２と光導波路３５との間にフッ素含有量が光導波路３５よりも少ないフッ素化ポリイミドからなる接着補助層６２を介在させたことである。
【００５５】
上述したように、フッ素量が増えると発水性が向上するが他の材料（基板２）との親和性が低下するため基板２との密着性が低下する。一方、シリコン基板２とフッ素化ポリイミドとの密着性と、フッ素化ポリイミド同士の密着性を比較すると、フッ素化ポリイミド同士のほうが、シリコン基板２とフッ素化ポリイミドとの密着性に比べて良好である。これはフッ素含有量が異なるフッ素化ポリイミド同士についても同様である（フッ素化ポリイミド同士の密着性の方がシリコン基板とフッ素化ポリイミドとの密着性に比べて良好である）。
【００５６】
このため、図６に示すように、基板２と光導波路３５の界面にフッ素の含有量の少ないフッ素化ポリイミドからなる接着補助層６２を介在させると、基板２と接着補助層６２間の密着性が向上し、且つ接着補助層６２と光導波路３５との密着性が良好になる。よって、更に大きな剥離防止効果が得られる。
【００５７】
この接着補助層６２としては、フッ素含有量が、例えば、図２中のＧ（例えば、フッ素含有量が２３．９ｗｔ％）のものを使用する。接着補助層６２の厚さは、１０μｍ程度とする。尚、接着補助層６２の厚さは、基板２との密着性が向上する程度であれば十分である。
【００５８】
以上説明した第２実施形態によると、第１実施形態よりも更に、薄膜積層型光学部品の剥離を防止する効果がある。尚、接着補助層６２のみを用い、上側の低熱膨張層６０を有しない構造の場合は、剥離面積を低減させる効果は認められたが、剥離を無くすには不十分であった。
【００５９】
第３実施形態
図７は、本発明の第３実施形態を示す薄膜積層型光学部品を示す図である。この図に示す薄膜積層型光学部品は、光半導体チップ搭載領域７１を有する基板の例である。基板２の一部にフッ素化ポリイミドからなるクラッド７０，コア７２を有する光導波路７４が被着されている。
【００６０】
光導波路７４の基板２に接する面とは反対の面に、低熱膨張層７６が被着されている。光導波路７４を除く基板２上に、光半導体チップ搭載領域７１が形成されている。光半導体チップ搭載領域７１には、光半導体チップ８２を固着するための電極７８、光半導体チップ８２の活性層とコア７２の高さを一致させて光結合させるための台座８０を有する。
【００６１】
光導波路７４及び低熱膨張層７６は、図１中のものと実質的に同一である。光半導体チップ８２は、半導体レーザ等の発光素子、電極７８は、チタンと金を積層した電極パターン、台座８０は、例えば、光導波路７４と同じフッ素化ポリイミドである。
【００６２】
図８及び図９は、図７の薄膜積層型光学部品の製造方法を示す図である。
以下、これらの図面を参照して、図７の薄膜積層型光学部品の製造方法を説明する。
【００６３】
図８（ａ）に示すように、熱酸化膜８４付シリコン基板２の表面にリフトオフ法によりチタンと金を積層した電極パターン７８を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように光導波路７４のクラッド７０の下側クラッド８６を堆積させ、その一部の表面に突起形成用マスク７９を形成する。
【００６４】
下側クラッド８６には、例えば、フッ素化ポリイミドを、その堆積には、スピンコーティング法を、マスク７９には、例えば、チタン薄膜を、その形成には、例えば、リフトオフ法を用いる。
【００６５】
図８（ｃ）に示すように、光半導体チップの活性層との高さを調節するための高さ調節層８８、コア９０、上側クラッド９２、低熱膨張層９４を堆積する。高さ調節層８８、コア９０、上側クラッド９２、低熱膨張層９４には、フッ素化ポリイミドを、その堆積には、スピンコーティング法を用いる。
【００６６】
下側クラッド８６、高さ調節層８８及び上側クラッド９２のフッ素化ポリイミドのフッ素含有量は等しくする。また、そのフッ素の含有量は、第１実施形態と同じにする。尚、コア９０を矩形に加工するには、ＲＩＥを用いる。
【００６７】
図９（ａ）に示すように、端面形成用マスク９６を形成する。端面形成用マスク９６には、例えば、チタン薄膜を、その形成には、リフトオフ法を用いる。次に、図９（ｂ）に示すように、酸素プラズマによるＲＩＥを行い、光導波路端面形成、台座８０の形成、電極パターン７８の露出を行う。
【００６８】
この時、フッ素化ポリイミドを除去するだけなので、製造工程が複雑になることや、従来技術３のように、加工がし難い等といったことがない。この次に、端面形成用マスク９６及び突起形成用マスク７９をエッチング除去する。
【００６９】
以上の工程を経て、図８に示した光半導体チップ搭載領域７１を有する基板の場合の薄膜積層型光学部品が作製される。光半導体チップ８２を台座８０に載置して、電極７８に半田バンプ等により固着する。
【００７０】
尚、光機能膜がフッ素化ポリイミドが製作された光導波路の場合について述べたが、光機能膜は光導波路に限られるものでなく、他の目的に用いられる皮膜であってもよい。また、光部品や電子部品を封止するための被覆であってもよい。一例として、以下の実施形態が考えられる。
【００７１】
第４実施形態
図１０は、本発明の第４実施形態を示す薄膜積層型光学部品を用いる要素部品の被覆構造を示す図である。
【００７２】
図１０に示すように、基板９８上に光部品や電子部品等の要素部品１００を載置する。次に、基板９８よりも熱膨張係数が大きい材料１０２を、要素部品１００の表面及び要素部品１００の周囲の基板９８に被着させる。その次に、材料１０２に、材料１０２よりも熱膨張係数が小さい低熱膨張層１０４を被着する。これにより、第１実施形態と同様の作用により、要素部品１００の基板９８からの剥離を防止することができる。
【００７３】
第５実施形態
図１１は、本発明の第５実施形態を示す薄膜積層型光学部品を用いる要素部品の被覆構造を示す図であり、図１０中の要素と実質的に同一の要素には同一の符号を附している。
【００７４】
図１１に示すように、他の部材１０６が既に被着された光部品や電子部品等の要素部品１００を基板９８上に載置する。次に、基板９８よりも熱膨張係数が大きい材料１０２を、他の部材１０６の表面及び他の部材１０６要素部品１００の周囲の基板９８に被着させる。
【００７５】
その次に、材料１０２に、材料１０２よりも熱膨張係数が小さい低熱膨張層１０４を被着する。これにより、他の部材１０６が既に被着された要素部品の場合でも、要素部品１００の基板９８からの剥離を防止することができる。
【００７６】
低熱膨張層の材料は、フッ素化ポリイミドに限られるものではなく他の材料であっても良い。例えば、通常のポリイミド、エポキシ系プラスチック、アクリル系プラスチック、ポリカーボネイト系プラスチック、ポリオレフィン系プラスチック等である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板よりも熱膨張係数の大きな光機能膜が基板上に被着された薄膜積層型光学部品の湾曲を防止することができると共に、剥離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による薄膜積層型光学部品の構成図である。
【図２】フッ素化ポリイミドのフッ素含有量と熱膨張係数の関係を示す図である。
【図３】フッ素化ポリイミドのフッ素含有量と屈折率の関係を示す図である。
【図４】図１の薄膜積層型光学部品の効果説明図である。
【図５】図１の薄膜積層型光学部品の効果説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態による薄膜積層型光学部品の構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態による薄膜積層型光学部品の構成図である。
【図８】図７の薄膜積層型光学部品の製造工程図である。
【図９】図７の薄膜積層型光学部品の製造工程図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による要素部品の被覆構造を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による要素部品の被覆構造を示す図である。
【図１２】従来技術１を示す図である。
【図１３】湾曲メカニズムを示す図である。
【図１４】従来技術２を示す図である。
【図１５】従来技術３を示す図である。
【図１６】プラスチック薄膜を使用した光導波路の場合の応力による湾曲と剥離を示す図である。
【図１７】従来技術１のプラスチック光導波路への適用例を示す図である。
【図１８】従来技術１を石英光導波路に適用した場合の剥離メカニズムを示す図である。
【図１９】従来技術１をプラスチック光導波路に適用した場合の剥離メカニズムを示す図である。
【図２０】従来技術２のプラスチック光導波路への適用例を示す図である。
【図２１】従来技術３のプラスチック光導波路ヘの適用例を示す図である。
【図２２】光半導体チップ搭載部を有する薄膜積層型光学部品の構成図である。
【符号の説明】
２ 基板
３５ 光機能膜
６０ 低熱膨張膜
Claims (1)
- 基板と、
前記基板上に載置された要素部品と、
前記要素部品の表面に被着された第１被覆膜と、
前記第１被覆膜の表面と少なくとも該第１被覆膜の周囲に位置する前記基板の表面に被着され、前記基板よりも熱膨張係数が大きく且つ前記基板よりも可とう性がある第２被覆膜と、
前記第２被覆膜が前記基板に接する面とは反対の前記第２被覆膜の面に被着され、前記第２被覆膜よりも熱膨張係数が小さく且つ前記基板よりも可とう性がある低熱膨張膜と、
を具備したことを特徴とする要素部品の被覆構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24498898A JP3759841B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24498898A JP3759841B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000075154A JP2000075154A (ja) | 2000-03-14 |
| JP3759841B2 true JP3759841B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=17126921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24498898A Expired - Fee Related JP3759841B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3759841B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3477140B2 (ja) * | 1999-07-30 | 2003-12-10 | 日本電信電話株式会社 | フィルム光導波路 |
| JP2001350047A (ja) * | 2000-06-07 | 2001-12-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路基板およびその作製方法 |
| JP4895320B2 (ja) * | 2000-07-10 | 2012-03-14 | 日立化成工業株式会社 | 光導波路デバイスの製造方法 |
| JP4831901B2 (ja) * | 2000-12-06 | 2011-12-07 | イビデン株式会社 | 多層プリント配線板 |
| JP2003240990A (ja) | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Fujitsu Ltd | 平面光導波路装置 |
| EP1801625B1 (en) * | 2004-10-12 | 2019-11-20 | NGK Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate and harmonics generating device |
| JP2013029826A (ja) * | 2011-06-22 | 2013-02-07 | Citizen Holdings Co Ltd | 光デバイス及び光デバイスの製造方法 |
| JP6423575B2 (ja) * | 2012-09-06 | 2018-11-14 | 大日本印刷株式会社 | 光学フィルム、光学フィルム用転写体、画像表示装置及び光学フィルムの製造方法 |
| CN103384447B (zh) * | 2013-06-26 | 2016-06-29 | 友达光电股份有限公司 | 软性电子装置 |
-
1998
- 1998-08-31 JP JP24498898A patent/JP3759841B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000075154A (ja) | 2000-03-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0961139B1 (en) | Polymer optical waveguide, optica integrated circuit , optical module and optical communication apparatus | |
| JP3759841B2 (ja) | 薄膜積層型光学部品及び要素部品の被覆構造 | |
| JP5109982B2 (ja) | ミラー付き光伝送体の製造方法 | |
| US6810189B2 (en) | Optical waveguide and method for preparing the same | |
| JP2000089054A (ja) | Ｓｏｉ光導波路を利用したハイブリッド光集積回路用基板の製造方法 | |
| EP1921473A1 (en) | Optical waveguide film, method for manufacturing the film, optoelectrical hybrid film including the waveguide film, and electronic device | |
| JP2002022984A (ja) | 光導波路及びその製造方法 | |
| US11709296B2 (en) | Low reflectance removable lens stack | |
| EP0276617B1 (fr) | Miroir ultra-léger et procédé pour le fabriquer | |
| JPH07159658A (ja) | 光導波路−光素子結合構造およびその製造方法 | |
| WO2007039965A1 (ja) | 光導波路デバイス及び光導波路デバイスの製造方法 | |
| JP5185895B2 (ja) | 光電変換サブマウント基板及びその製造方法 | |
| JP4306011B2 (ja) | 光配線層及びその製造方法並びに光・電気配線基板及びその製造方法並びに実装基板 | |
| JP2004109426A (ja) | 傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法 | |
| JP3147284B2 (ja) | 高分子光導波路フィルムの製造方法 | |
| JP2000275472A (ja) | 光導波路付基板と該基板を用いる光モジュール装置 | |
| JP3477140B2 (ja) | フィルム光導波路 | |
| JP3721923B2 (ja) | 光モジュール | |
| JP2000162460A (ja) | 有機光導波路およびその製造方法並びにそれを用いた光学部品 | |
| JP2007010692A (ja) | 光導波路及びその製造方法 | |
| JP4487297B2 (ja) | 保護層を備えた樹脂製光導波路、その製造方法および光部品 | |
| US5261022A (en) | Optical waveguide of silica glass film on ceramic substrate | |
| JPH0915440A (ja) | ハイブリッド光集積用実装基板の作製方法 | |
| JP4096245B2 (ja) | 電子部品実装基板 | |
| JP2003270461A (ja) | 光通信部品、積層型光通信モジュール、およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040406 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040603 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050621 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050818 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060104 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060105 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100113 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120113 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130113 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130113 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140113 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |